DE2929566A1

DE2929566A1 - Asynchronous machine inverter with impressed DC - has bridge and distribution diode circuits connected through thyristors into two commutator capacitors

Info

Publication number: DE2929566A1
Application number: DE19792929566
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Bezold; Harm-Diedrich Dipl Ing Harms
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-07-19
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1981-01-29

Abstract

In the self-regulating rotary inverter in which the commutator capacitance has been reduced from six units to two of higher capacitance by rearrangement of the rotation current bridge and the distribution diodes. The arrangement is esp. suitable for asynchronous machines. The upper bridge quench thyristors (1.3.5) of the upper rotation current bridge section (7) as well as the lower quench thyristors (2,4,6) of the lower current bridge (7a) each has a general commutator capacitor (17,18) for group quench,. The one capacitor (17) is connected via a controlling thyristor (19) to the +ve pole of the impressed current (Id) dc source and the second capacitor (18) and thyristor (20) are connected to the -ve pole. The two groups (11,12) (each a.b.c.) of the distribution diodes are connected in star formation so that they are parallel yet group-wise anti-parallel to the motor (10) phases (R,S,T) and are connected at the star point to further quench thyristors (14,15) with common connection to the common point of the commutator capacitors (17,18).

Description

Selbstgeführter Wechselrichter mit eingeprägtemSelf-commutated inverter with embossed

Gleichstrom, insbesondere zum Betrieb von Asynchronmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Selbstgeführten Wechselrichter mit eingeprägtem Gleichstrom unter Verwendung einer löschbaren Drehstrombrücke, Verteilerdioden und den löschbaren Ventilen der Drehstrombrücke zugeordneten Kommutierungskondensatoren, insbecondere zum Betrieb von Asyn chronmaschinen.Direct current, especially for operating asynchronous machines. The invention refers to a self-commutated inverter with impressed direct current using an erasable three-phase bridge, distribution diodes and the erasable ones Commutation capacitors assigned to valves of the three-phase bridge, in particular for operating asynchronous machines.

Für Wechsel richter dieser Art ist zum Beispiel eine Schaltung bekannt und bewahrt, wie sie aus der "ETZ", Ausgabe A Bd. 96 (1975) Heft 11, S.520 bis 523, insbesondere Bild 2, hervorgeht. Der oberen und der unteren Brückenhälfte der löschbaren Drehstrombrücke des Wechselrichters ist dabei eine Drehstrombrücke aus Verteilerdioden gleicher Durchla.arichtung zwischengeschaltet und bei beiden Brückenhälften liegen zwischen den Phasen als Kommutierungshilfen Löschkondensatoren. Die löschbare Drehstrobrücke wird in Phasenfolgeschaltung betrieben, d.h. die Phasenfolge ist vorgegeben. Mit dem dort dargestellten Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis kann über Spannungs-und Frequenzverstellung eine Asynchronmaschine drehzahlvariabel gefahren werden.For inverters of this type, for example, a circuit is known and preserved, as it is from the "ETZ", edition A vol. 96 (1975) issue 11, pp.520 to 523, especially Fig. 2. The upper and lower bridge halves of the erasable The three-phase bridge of the inverter is a three-phase bridge made of distribution diodes in the same direction of passage and are located at both halves of the bridge Quenching capacitors as commutation aids between the phases. the The erasable rotary current bridge is operated in phase sequence circuit, i.e. the phase sequence is given. With the converter shown there with DC link an asynchronous machine can be speed-variable via voltage and frequency adjustment be driven.

Bei dieser an sich recht einfachen und bewährten Schaltung stört der hohe Aufwand an Löschkondensatoren. Jedem löschbaren Ventil ist ein Kommutierungskondensator zugeordnet.With this circuit, which is actually quite simple and proven, it is annoying high expenditure on quenching capacitors. Each erasable valve has a commutation capacitor assigned.

Auch wird ein erheblicher Aufwand an Dioden und Schutzdrosseln getrieben, was die Schaltung verteuert und ein großes Einbauvolumen beansprucht. Die Schaltung weist darüber hinaus relativ hohe Verluste auf, da mehrere Halbleiter im Leistungsteil in Reihe liegen, und auch die Vorlademöglichkeiten für die Kommutierungskondensatoren sind ungünstig.A considerable amount of diodes and protective reactors are also required, which makes the circuit more expensive and requires a large installation volume. The circuit In addition, it has relatively high losses because there are several semiconductors in the power section are in series, and also the precharge options for the commutation capacitors are unfavorable.

Aufgabe der Erfindung ist es. unter Abstellung der aufgezeigten Mängel, insbesondere den Aufwand an Kommutierungskondensatoren, und über diese insbesondere das nötige Einbauvolumen zu verringern.It is the object of the invention. eliminating the deficiencies identified, in particular the cost of commutation capacitors, and about them in particular to reduce the required installation volume.

Diese Aufgabe wird für einen selbstgeführten Wechselrichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daQ den löschbaren Ventilen der oberen Drehstrombrückenhälfte sowie den löschbaren Ventilen der unteren Drehstrombrückenhälfte je ein gemeinsamer Kommutierungskondensator für Gruppen löschung zugeordnet ist. Damit werden statt sechs Kondensatoren nur noch zwei etwas höherer Kapazität benötigt. Der Raumbedarf wird mehr als halbiert und kommt einem Drittel nahe.For a self-commutated inverter, this task is described in the introduction This type is solved by the fact that the extinguishable valves of the upper half of the three-phase current bridge as well as the erasable valves of the lower half of the three-phase current bridge each have a common one Commutation capacitor for group deletion is assigned. This will take place six capacitors only two slightly higher capacities are required. The space requirement is more than halved and comes close to a third.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der eine Kommutierungskondensator über einen Löschthyristor mit dem einen Pol des Gleichstromkreises und der andere Kommutierungskondensator iiber einen weiteren Löschthyristor mit dem anderen Pol des Gleichstromkreises verbunden, wobei zwei Gruppen von Verteilerdioden in Steinschaltung vorgesehen sind, die in sich gleichsinnig parallel und gruppenmäßig zweinander antiparallel an die Motorphasen angeschlossen mit ihren Sternpunkten über jl einen weiteren Löschthyristor mit dem jeweils noch freien Anschluß des zugeordneten Kommutierungskondensators verbunden sind.In an expedient embodiment of the invention, this is a commutation capacitor Via a quenching thyristor with one pole of the direct current circuit and the other Commutation capacitor via another quenching thyristor with the other pole of the DC circuit connected, with two Groups of distribution diodes are provided in stone circuit, which are in the same direction in parallel and in groups connected antiparallel to the motor phases with their star points Via jl another quenching thyristor with the respectively still free connection of the assigned Commutation capacitor are connected.

Es ist dabei günstig, wenn die Leiden Kommutierungskondensatoren einerseits direkt miteinander verbunden und andererseits über zwei gleichsinnig in Reihe liegende Vorladedioden gekoppelt sind und zwischen den Kondensatoren und den Vorladedioden ein Vorladekreis angeschlossen ist.It is advantageous if the Leiden commutation capacitors on the one hand directly connected to each other and on the other hand via two in the same direction lying in series Precharge diodes are coupled and between the capacitors and the precharge diodes a pre-charging circuit is connected.

In einer besonders vorteilhaften Schaltungsvariante liegt jeder Kommutierungskondensator im Querzweig einer löschbaren Einphasenbrücke, von denen jede :r.it der einen Brückenhelfte am zugeordenten Pol des Gleichstromkreises und mit der anderen Brückenhälfte am Sternpunkt der zugeordneten Verteilerdiodengruppe angeschlossen ist.Each commutation capacitor is located in a particularly advantageous circuit variant in the cross-branch of an erasable single-phase bridge, each of which: r.it one of the bridges at the assigned pole of the DC circuit and with the other half of the bridge on Star point of the assigned distribution diode group is connected.

Gemäß der Zeichnung wird im folgenden die Erfindung anhand von zwei Schaltungsbeispielen naser erläutert.According to the drawing, the invention is based on two in the following Circuit examples naser explained.

Es zeigen: Fig. 1 einen Interphasen löschenden Wechselrichter mit Gruppenlöschung und Vorladeckreis, Fig. 2 einen Interphasen löschenden Wechselrichter mit Gruppenlöschung ohne Vorladeckreis.1 shows an inverter which cancels interphase Group deletion and pre-charging circuit, Fig. 2 an inverter that cancels interphase with group deletion without pre-loading circle.

In den Figuren sind mit 1 bis G die löschbaren Ventile (Thyristoren) einer Drehstrombrücke 7 bezeichnet, die als Wechsel richter den Gleichstrom einer Gleichstromquelle 8 zu Drehstromblöcken (je 120°) umformt. Die Drehstrombrücke 7 wird von der Gleichstromquelle 8 über eine Drossel 9 mit eingeprägtem Gleichstrom versort und speist ihrerseits einen Drehstromasynchronmotor 10. Als Gleichstromquelle 8 kann soohl eine Batterie als auch der Gleichstromzwischenkreis eines Umrichters angesehen werden. Mit 11 und 12 sind zwei Gruppen von Verteildioden 11a bis 11c und 12a bis 12c bezeichnet, die jeweils im Stern geschaltet Rind.In the figures with 1 to G the erasable valves (thyristors) a three-phase bridge 7 referred to, the direct current as an alternating converter Direct current source 8 converted into three-phase blocks (120 ° each). The three-phase bridge 7 is from the direct current source 8 via a choke 9 with impressed direct current supplies and feeds in turn a three-phase asynchronous motor 10. As a direct current source 8 both a battery and the DC link can be used one Converter. With 11 and 12 are two groups of distribution diodes 11a to 11c and 12a to 12c, the cattle connected in the star.

Von nun an unterscheiden sich die beiden Figuren 1 und 2.From now on, the two figures 1 and 2 differ.

Zunächst speziell zu Fig. 1: Die Sternpunkte sind über Löschthyristoren 14 und 15 und eine Schutzdrossel 16 mit zwei Kommutierungskondensatoren 17 und 18 verbunden. Die bei den Kommutierungskondensatoren 17 und 18 liegen in Reihe, wobei der Kommutierungskondenstator 17 der Gruppe 11 und den Thyristoren 1, 3 3, 5 und der Kommutierungskondensator 18 der Gruppe 12 mit den Ventilen 4,6,2 zugeordnet ist. Die äußeren Anschlüsse der Kommutierungskondensatoren 17 und 18 sind über Löschthyristoren 19 und 2 mit dem Glpiehstrerrkreis (+,-) verknüpft. Fir die Löschvorgänge werden die Kommutierungskondensator 17 und 18 über r zwei Vorladedioden 21 und 22 von einem Vorladekreis 23 umschichtig aufgeladen.First of all, specifically with regard to FIG. 1: The star points are via quenching thyristors 14 and 15 and a protective inductor 16 with two commutation capacitors 17 and 18 tied together. The commutation capacitors 17 and 18 are in series, with the commutation capacitor 17 of group 11 and the thyristors 1, 3 3, 5 and the commutation capacitor 18 is assigned to group 12 with valves 4, 6, 2 is. The external connections of the commutation capacitors 17 and 18 are via quenching thyristors 19 and 2 are linked to the Glpiehstrerrkreis (+, -). Fir the deletions will be the commutation capacitor 17 and 18 via r two precharge diodes 21 and 22 of one Precharge circuit 23 charged in shifts.

Zur Funktion: Es sei zunächst angenommen, nur die Ventile 1 und 2 seien gezündet und der eingeprägte Strom 1d fliege von Punkt A des Zwischenkreises zur Phase R und von der Phase T der Asynchronmaschine zum Punkt B. Bevor nun Ventil 3 gezündet wird, muß Ventil 1 gelöscht werden. Das geschieht durch 1. nnen der Löschthyristoren 14 und 19 der oberen Uruppe und über den Entlade- bzw. Gegenstrom des in der gezeigten Polarität aufgeladenen Kommutierungskondensators 17. Der Strom fließt über die Elemente 16,14,11a und 19 und sperrt das Ventil 1. Nun wird Ventil 3 gezündet, und der Strom verläuft dann über die Phascn S und T. Will man nun das Ventil 2 ausschalten, geschieht gleiches durch Zünden der Löschthyristoren 15 und 20. Der in dargestellter Polarität aufgeladene Kommutierungskondensator 18 entlädt sich dabei über folgenden Ffad: 20,2,12a,15,16 und löscht Ventil 2.Function: It is initially assumed that only valves 1 and 2 are ignited and the impressed current 1d flies from point A of the intermediate circuit to phase R and from phase T of the asynchronous machine to point B. Before now valve 3 is ignited, valve 1 must be extinguished. This is done by 1. nnen the quenching thyristors 14 and 19 of the upper Uruppe and via the discharge or countercurrent of the one shown in FIG Polarity charged commutation capacitor 17. The current flows through the elements 16,14,11a and 19 and blocks valve 1. Now valve 3 is ignited, and the current then runs through phases S and T. If you now want to switch off valve 2, this happens the same by triggering the quenching thyristors 15 and 20. The polarity shown in The charged commutation capacitor 18 is discharged via the following Ffad: 20,2,12a, 15,16 and clears valve 2.

Es folgen in gleicher Weise Finden von Ventil 4, Löschen von Ventil 3, Zünden von Ventil 5, Löschen von Ventil 4 und Zünden von Ventil 6. Über die Vorladedioden 21, 22, die die Kommutierungskondensatoren 17 und 18 auch koppeln, sowie die Vorladeeinrichtung 23 werden r. die Kommutierungskondensatoren umschichtig im Halbwellenrhythmus aufgeladen.Find valve 4 and delete valve in the same way 3, ignition of valve 5, extinguishing of valve 4 and ignition of valve 6. Via the precharge diodes 21, 22, which also couple the commutation capacitors 17 and 18, as well as the pre-charging device 23 will be r. the commutation capacitors are charged in shifts in a half-wave rhythm.

Löschen und Schalten des Wechselrichters erfolgt zum Beispiel für rechtsdrehenden Motorlauf in der Reihefolge der natürlichen Zahlen der Bezugszeichen für die Ventile mit frei vorgebbarer Frequenz (bis ca. 200 Hz), wobei die Ventile 1,3,5 vom Kommutierungskondensator 17 und die Ventil 2, 4, 6 vom Kommutierungskondensator 18 bedient werden. Der Vorgang kann auch in umgekehrter Folge, nämlich 6, 5, 4, 3, 2, 1 für Linkslauf des Motors 10 erfolgen.The inverter is deleted and switched, for example, for clockwise rotation of the engine in the order of the natural numbers of the reference symbols for the valves with a freely definable frequency (up to approx. 200 Hz), whereby the valves 1,3,5 from the commutation capacitor 17 and the valve 2, 4, 6 from the commutation capacitor 18 can be served. The process can also be carried out in reverse order, namely 6, 5, 4, 3, 2, 1 for counterclockwise rotation of the motor 10.

Durch die Besonderheit und Einfachheit der Schaltung (Kopplung der Kommutierungskondensatoren über die Vorladedioden 21,22) kann jedoch stets nur abwechselnd ein Ventil in dar oberen Brückenhälfte und dann wiederum eines in der unteren Brückenhälfte gelöscht erden. Das reicht im allgemeinen als, manchmal kann es jedoch erwünscht sein, jederzeit oben oder unten z.B. beim "Pulsen" lösche zu können.Due to the peculiarity and simplicity of the circuit (coupling of the Commutation capacitors via the precharge diodes 21, 22) can, however, always only alternate a valve in the upper half of the bridge and then again one in the lower half of the bridge ground deleted. This is generally enough, but sometimes it can be desirable be able to delete at any time above or below, e.g. when "pulsing".

Fig. 2 stellt eine besonders vorteilhafte Variante dar.Fig. 2 shows a particularly advantageous variant.

Durch spezielle Entkopplung der Kommutierungskondensatoren 26 und 27 und Anordnung im Querzweig von löschbaren Einphasenbrücken 36 und 37 mit den Löschventilen 28 bis 31 und 32 bis 35 kann diesem Wunsch bei geringem Mehraufwand an Thyrisoren, jedoch unter Fortfall der Vorladeeinrich tung, entsprochen werden. Werden beim Start zum Beispiel die oberen Löschventile 30 und 31 und wahlweise zum zeispiel die unteren Löschventile 32 und 33 gezündet, können die Kommutierungskondensatoren 26 und 27 von der Gleichstromquelle 8 unter Umgehung der Last in gezeigter Polari- tt aufgeladen erden. Danach können die Hauptventile 1 und 2 gezündet werden. Das Löschen und Weiterzünden kann caraufhin in der aus der Beschreibung zu Fig. 1 bekannten Folge durchgeführt werden. Der Vorteil dieser Schaltung ist, daß beide Ladezustände.der Kommutierungskondensatoren für die Löschung ausgenutzt werden können, wobei es gleich ist, in welcher Polung jeder Kondensator zunächst steht.By special decoupling of the commutation capacitors 26 and 27 and arrangement in the cross arm of erasable single-phase bridges 36 and 37 with the Extinguishing valves 28 to 31 and 32 to 35 can meet this requirement with little additional effort on thyrisors, but omitting the Vorladeeinrich device. When starting, for example, the upper extinguishing valves 30 and 31 and optionally for For example, if the lower extinguishing valves 32 and 33 are ignited, the commutation capacitors can 26 and 27 from the direct current source 8, bypassing the load in the polarity shown dd ground charged. Then the main valves 1 and 2 can be ignited. The deleting and further ignition can then be carried out in the manner known from the description of FIG. 1 Sequence to be carried out. The advantage of this circuit is that both states of charge Commutation capacitors for the quenching can be used, it being the same is the polarity of each capacitor.

Durch entsprechendes Zünden geeigneter Löschthyristorzsteigef z.3. 32/33 oder 34/35 oder 30/31 oder 28/29 ist stets die richtige Löschstromrichtung parat. Dazu ist es natürlich nötig, die Polarität der Kondensatoraufladung zu überwachen, um die geeigneten Löschthyristorzweige zünden zu können.By appropriately igniting a suitable extinguishing thyristor z.3. 32/33 or 34/35 or 30/31 or 28/29 is always the correct direction of extinguishing current ready. For this it is of course necessary to monitor the polarity of the capacitor charging, in order to be able to ignite the suitable extinguishing thyristor branches.

Des ist jecoch mit relativ einfachen Mitteln erfüllbar.This can be achieved with relatively simple means.

Durch die erfindungsgemäße Gruppenlöschung kann der Raumbedarf für die erforderlichen Kommutierungskondensatoren um mehr als die Hälfte bis theoretisch 1/3 gesenkt werden.Due to the group deletion according to the invention, the space required for the required commutation capacitors by more than half or theoretically 1/3 can be lowered.

Weitere Vorteile liegen in der Verringerung des Kommutierungsaufwandes, der Verluste und der Verstellmöglichkeit der Spannungszeitfläche durch Variationen des Löschzeitpunktes.Further advantages are the reduction of the commutation effort, the losses and the possibility of adjusting the voltage-time area through variations the time of deletion.

Claims

Claims 1. Self-commutated inverter with embossed Direct current using an erasable three-phase bridge, distribution diodes and commutation capacitors assigned to the erasable valves of the three-phase bridge, in particular for the operation of asynchronous machines, characterized in that the erasable valves (1, 3, 5) of the upper three-phase bridge half (7) and the erasable Valves (2, 4, 6) of the lower three-phase bridge half (7a) each have a common commutation capacitor (17; 18 resp.

26; 27) is assigned for group deletion.

2. echselrichter according to claim 1, characterized in that the a commutation capacitor (17) via a quenching thyrister (19) with the one Pole (+) of the direct current circuit and the other commutation capacitor (18) another quenching thyristor (20) with the other pole (-) of the direct current circuit connected is and that two groups (11, 12) of distribution diodes (11a to 11c and 12a to 12c) are provided in a star connection, which are in the same direction connected in parallel and in groups in antiparallel to the motor phases (R, S, T) with their star points each via a further hole thyristor (14 or 15) with the free connection of the assigned commutation capacitor (q7 resp. 18) are connected.

3. Inverter according to claims 1 or 2, characterized in that that the two commutation capacitors (17, 18) on the one hand directly to one another connected and on the other hand via two precharge diodes in the same direction in row 1 (21,22) are coupled and that between the capacitors (17, 18) and the precharge diodes (21,22) a precharge circuit (23) is connected.

4. Inverter according to response 1 and 2, characterized in that that each commutation capacitor (26 resp.

27) is in the cross arm of an erasable single-phase bridge (37 or 36), each of which with one half of the bridge at the associated pole of the direct current circuit and with the other half of the bridge at the neutral point of the assigned distributor diode group (11 or 12) is connected.